Kako zavariti dupleks nehrđajući čelik

Uvod

Duplex nehrđajući čelik (DSS) postao je jedan od najtraženijih-materijala u zahtjevnoj industrijskoj primjeni. Ovu reputaciju zaslužuje kombinacijom najboljih svojstava austenitnih i feritnih nehrđajućih čelika u jednu, dvo{2}}faznu mikrostrukturu - otprilike 50% austenita i 50% ferita. Rezultat je izuzetna otpornost na koroziju, visoka mehanička čvrstoća i izvanredna otpornost na pucanje uslijed korozije (SCC).

Međutim, ove prednosti dolaze s kritičnim upozorenjem:duplex nehrđajući čelikvrlo je osjetljiv na nepravilno zavarivanje. Nepravilno zavareni DSS spoj može dovesti do fazne neravnoteže, istaložiti štetne intermetalne spojeve (kao što je sigma faza) ili unijeti neželjeno zaostalo naprezanje. Svaki od ovih ishoda može dramatično smanjiti radnu učinkovitost materijala - ponekad uzrokujući katastrofalne kvarove u cjevovodima, tlačnim posudama ili izmjenjivačima topline.

Ovaj vodič pokriva sve što trebate znati o pravilnom zavarivanju dupleksnog nehrđajućeg čelika: od razumijevanja metalurgije i odabira pravog dodatnog materijala, do kontrole unosa topline, odabira najboljeg procesa zavarivanja i provjere kvalitete zavarivanja kroz pregled nakon-zavarivanja.

Razumijevanje duplex nehrđajućeg čelika: vrste i svojstva

Prije nego što uzmete plamenik za zavarivanje, važno je odrediti s kojom vrstom dupleksa radite. DSS stupnjevi obuhvaćaju širok raspon sadržaja legure i otpornosti na koroziju, često kvantificirane korištenjem ekvivalentnog broja otpornosti na piting (PREN):

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

Viši PREN ukazuje na bolju otpornost na rupičastu koroziju. Donja tablica sažima najčešće tipove dupleksa, njihove sastave legura i tipične primjene:

PREN=Ekvivalentni broj otpornosti na piting. Vrijednosti su približne i ovise o točnoj kemiji unutar raspona razreda.

Poznavanje ocjene nije samo akademsko - ono izravno određuje ispravan dodatni metal, raspon unosa topline i zahtjeve za pregledom nakon -zavarivanja.

Odabir dodatnog metala: temelj dobrog dupleksnog zavara

Odabir pogrešnog dodatnog materijala jedna je od najčešćih i skupih pogrešaka kod dupleksnog zavarivanja nehrđajućeg čelika. Vodeće načelo je korištenje punila s punilom -, metala za punjenje s višim sadržajem nikla (Ni) od osnovnog metala. Ovo kompenzira učinak razrjeđivanja i tendenciju da ferit dominira zonom zavara tijekom brzog skrućivanja.

Načelo odabira ključa

Dodatni metal mora vratiti ravnotežu austenit-ferita u metalu zavara na ciljni raspon od 35–65% ferita. Ako ferit prelazi 70%, spoj postaje krt i gubi žilavost. Ako austenit dominira ispod 25% ferita, otpornost na pucanje od korozije pod naponom je ugrožena.

Uvijek provjerite jesu li dodatni metali pravilno pohranjeni i rukovani njima: SMAW elektrode moraju se održavati suhima i -sušiti prema preporuci proizvođača (obično 300–350 stupnjeva 1–2 sata) kako bi se spriječilo sakupljanje vodika.

Postupci zavarivanja: odabir prave metode

Višestruki postupci zavarivanja mogu se uspješno koristiti na dupleks nehrđajućem čeliku, pod uvjetom da zavarivač slijedi parametre specifične za -razred. Svaki postupak ima različite prednosti ovisno o primjeni:

Kritični parametar: Kontrola unosa topline

Unos topline najvažnija je varijabla kod dvostrukog zavarivanja nehrđajućeg čelika. Izračunava se kao:

Unos topline (kJ/mm)=[napon (V) × struja (A) × 60] ÷ [brzina putovanja (mm/min) × 1000]

Općenito prihvaćeni raspon unosa topline za većinu dvostranih vrsta je 0,5 do 2,5 kJ/mm, a preferirani cilj je 0,8 do 1,5 kJ/mm. Unos topline ispod 0,5 kJ/mm prebrzo hladi zavar, zadržavajući višak ferita. Unos topline iznad 2,5 kJ/mm može uzrokovati taloženje sigma faze (intermetalni spoj) u zoni utjecaja topline (HAZ), ozbiljno smanjujući žilavost i otpornost na koroziju.

Pre-priprema zavara: priprema pozornice za uspjeh

Ni najbolja tehnika zavarivanja ne može nadoknaditi lošu pripremu. O sljedećim-koracima prije zavarivanja- se ne može pregovarati:

Zajednički dizajn i postavljanje-

Koristite dizajn sučeonog zavara s punim prodiranjem gdje god je to moguće kako biste eliminirali pukotine koje potiču koroziju.

Kut skošenja: 60–70 stupnjeva (uključeni kut) standardan je za sučeone spojeve. Za cijevi koristite skošenje od 37,5 stupnjeva prema ASME B31.3 ili ekvivalentnom standardu.

Korijenski razmak: 2–3 mm za TIG korijenske prolaze; održavajte dosljedno pristajanje-da biste izbjegli promjenjivi unos topline.

Smanjite veličinu pričvrsnog zavara; osigurajte da pričvrsni zavari zadovoljavaju iste zahtjeve kvalitete kao i završni zavari.

Čišćenje i kontrola kontaminacije

Odmastite sve površine acetonom ili odobrenim industrijskim otapalom prije zavarivanja.

Uklonite sav kamenac, boju, masnoću i vlagu s najmanje 25 mm sa svake strane spoja.

Koristite namjenske žičane četke od nehrđajućeg čelika i brusne ploče - nikada ne dijelite alate s ugljičnim čelikom kako biste izbjegli kontaminaciju željezom.

Nosite čiste rukavice kada rukujete pripremljenim površinama.

Zahtjevi za prethodno zagrijavanje

U većini slučajeva duplex nehrđajući čelik NE zahtijeva prethodno zagrijavanje. Zapravo, predgrijavanje iznad 100 stupnjeva općenito se ne preporučuje jer povećava rizik od stvaranja sigma faze. Izuzetak je kada je temperatura okoline ispod 5 stupnjeva ili postoji dokaz vlage - u tim slučajevima prihvatljivo je lagano zagrijavanje-do 15-50 stupnjeva.

Zaštitni plin i povratno pročišćavanje: Zaštita zavara od oksidacije

Dušik je ključni legirajući element u dupleks nehrđajućem čeliku - on stabilizira austenitnu fazu i izravno doprinosi otpornosti na koroziju. Zaštitni plinovi koji sadrže 1–3% dušika pomažu u održavanju sadržaja dušika u zavarenom bazenu, koji bi inače bio izgubljen isparavanjem tijekom zavarivanja.

Standardni dupleks (2205): Argon + 2% N2 preporučuje se za GTAW i GMAW korijenske i pune prolaze.

Čisti argon: prihvatljivo za GTAW s metalima za punjenje -bogatim dušikom, ali manje poželjno.

Izbjegavajte plinove bogate CO2: koncentracije CO2 iznad 25% mogu uzrokovati pretjeranu oksidaciju i smanjiti zadržavanje dušika.

Protok plina: 12–15 L/min za GTAW; 15–20 L/min za GMAW. Turbulentno ili nedovoljno strujanje uzrokuje poroznost.

Pročišćavanje leđa za korijenske prolaze

Povratno pročišćavanje - preplavljivanje unutrašnjosti cijevi ili posude inertnim plinom - obavezno je za korijenske prolaze na dupleks nehrđajućem čeliku. Razine kisika u zoni pročišćavanja moraju se smanjiti na ispod 0,1% (1000 ppm) prije početka zavarivanja i održavati ispod te razine tijekom taloženja korijenskog prolaza. Plin za pročišćavanje: 100% argon ili argon + 2% dušik. Trebalo bi koristiti analizator kisika za provjeru kvalitete pročišćavanja prije paljenja luka.

Interpass temperatura i kontrola brzine hlađenja

Kontrola međuprolazne temperature jednako je važna kao i kontrola unosa topline. Maksimalna međuprolazna temperatura za dvostruki nehrđajući čelik je 150 stupnjeva (302 stupnja F) za standardni dupleks, a neke superdupleksne specifikacije mogu zahtijevati još niže granice (120 stupnjeva).

Izmjerite međuprolaznu temperaturu kalibriranim kontaktnim termometrom ili infracrvenim pirometrom na udaljenosti od 25 mm od središnje linije zavara. Pustite da se zavar prirodno ohladi - nikada ne koristite prisilno hlađenje zrakom ili kaljenje vodom, što može uzrokovati toplinski udar i pucanje.

Ako su proizvodni pritisci visoki, planirajte dovoljno vremena čekanja između prolaza. Korisno pravilo: za kutni zavar od 6 mm pri umjerenom unosu topline (~1,0 kJ/mm), ostavite najmanje 3–5 minuta između prolaza kako biste osigurali da se metal vrati ispod 150 stupnjeva.

Post{0}}obrada zavara: završna obrada i restauracija

Toplinska obrada nakon-zavarivanja (PWHT)

Toplinska obrada nakon-zavarivanja (žarenje otopinom) ponekad je potrebna za vrlo kritične primjene ili kada je zavareni sklop doživio prekomjerni unos topline. Tipična temperatura žarenja u otopini za dupleks tipove je 1020–1100 stupnjeva, nakon čega slijedi brzo kaljenje vodom. Time se otapa sigma faza i uspostavlja uravnotežena mikrostruktura. Međutim, PWHT povećava značajne troškove i obično se specificira samo u kritičnim tlačnim posudama ili podmorskim primjenama.

Kiseljenje i pasiviranje

Nakon zavarivanja, potrebno je ukloniti toplinsku nijansu (oksidacijska promjena boje) na zavarivanju i ZUT-u kako bi se obnovio sloj pasivnog krom oksida koji nehrđajućem čeliku daje otpornost na koroziju. To se postiže:

Mehaničke metode: Četkanje žicom od nehrđajućeg čelika ili brušenje namjenskim abrazivnim diskovima.

Kemijsko luženje: nanošenje paste ili spreja dušične-fluorovodične kiseline (pridržavajte se strogih zdravstvenih i sigurnosnih protokola; ove kemikalije su opasne). Vrijeme izlaganja obično je 15-60 minuta nakon čega slijedi temeljito ispiranje vodom.

Pasivacija: Nakon luženja, nanesite otopinu dušične kiseline (20–50% volumena) kako biste osigurali maksimalno stvaranje oksidnog filma.

Uobičajeni kvarovi pri zavarivanju i kako ih spriječiti

Donja tablica sažima kvarove koji se najčešće susreću pri zavarivanju duplex nehrđajućeg čelika, njihove temeljne uzroke i dokazane strategije prevencije:

Pos-provjera zavara i osiguranje kvalitete

Stroga inspekcija posljednja je linija obrane za osiguravanje sigurnog, pouzdanog dvostranog zavarivanja nehrđajućeg čelika. Tipični režim inspekcije uključuje:

Vizualni pregled (VT)

The first and simplest check - performed immediately after welding and cleaning. Look for surface cracks, incomplete fusion, excessive undercut (>0,5 mm), preklapanje ili vidljiva poroznost. Koristite jako osvjetljenje i povećanje gdje je potrebno.

Mjerenje sadržaja ferita

Koristite kalibrirani feritoskop (prema ISO 8249 ili AWS A4.2) za mjerenje feritnog broja (FN) na metalu zavara i ZUT-u. Prihvatljivi raspon je obično FN 30-70 (približno 35-65% ferita po volumenu). Dokumentirajte mjerenja u definiranim intervalima duž zavara.

Ne{0}}ispitivanje bez razaranja (NDT)

Ispitivanje prodora boje (PT): otkriva površinske-pukotine i poroznost. Obavezno na korijenskim prolazima i završnim prolazima kapice za-nosive spojeve.

Ultrasonic Testing (UT): Detects volumetric flaws including lack of fusion, slag inclusions, and internal cracks. Preferred for thicker sections (>6 mm).

Radiografsko ispitivanje (RT): Koristi se za kritične zglobove gdje je potrebna trajna evidencija. Učinkovito za otkrivanje poroznosti, inkluzija i unutarnjeg nedostatka fuzije.

Ispitivanje korozije

Za najzahtjevnije primjene (podmorje, kemijska obrada), može se odrediti ASTM G48 Metoda A ili B ispitivanje rupičaste korozije. To uključuje uranjanje ispitnog uzorka u 6% otopinu željezovog klorida na povišenoj temperaturi i ispitivanje na udubljenje ili gubitak težine nakon 24 sata.

Standardi sukladnosti i referentne specifikacije

Sva dvostruka zavarivanja nehrđajućeg čelika trebaju se provoditi u skladu s relevantnim međunarodnim standardima. Ključni standardi uključuju:

ASME odjeljak IX - Kvalifikacije za zavarivanje i lemljenje (posude pod tlakom i cjevovodi)

AWS D1.6 - Kodeks konstrukcijskog zavarivanja nehrđajućeg čelika

ISO 15614-1 - Specifikacija i kvalifikacija postupaka zavarivanja metalnih materijala

NORSOK M-601 - Zavarivanje i pregled cjevovoda (primjena na moru/pod morem)

EN 1011-3 - Preporuke za zavarivanje nehrđajućih čelika

ASTM A240 / A276 - Specifikacije materijala za dupleks ploču i šipku od nehrđajućeg čelika

Specifikacije postupka zavarivanja (WPS) i zapisi o kvalifikaciji postupka (PQR) moraju se uspostaviti i kvalificirati prije nego započne proizvodno zavarivanje na bilo kojem poslu koji-uređuje pravila.

Zaključak

Ključni zaključci iz ovog vodiča su jasni: upoznajte svoju kvalitetu, odaberite dodatni metal s punim slojem, kontrolirajte unos topline između 0,5 i 2,5 kJ/mm, održavajte međuprolaznu temperaturu ispod 150 stupnjeva, agresivno čistite, temeljito čistite i rigorozno pregledavajte. Slijedite ove principe i dvostruki nehrđajući čelik će vas nagraditi zavarima koji pouzdano rade desetljećima - čak i u najtežim okruženjima na zemlji.

Za certifikate materijala, tehničke tablice ili savjetovanje o zavarivanju specifično za vaš projekt,kontaktirajte naš timili posjetite naš online katalog proizvoda.